Cobots : le nouveau type de manipulation de plaquettes en salle blanche 

Les Cobots se généralisent dans les salles blanches de l’industrie électronique. Lors de la manipulation de plaquettes, ils marquent des points chez le client du fait de leur fiabilité et de leurs standards très élevés en matière de qualité et de sécurité. Les Cobots permettent à l’automatisation en salle blanche d'atteindre un nouveau niveau.

Chez Infineon, client de KUKA, 17 robots sensibles de manipulation de plaquettes garantissent efficacité et sécurité

Non, les plaquettes de silicium ne sont pas vraiment un produit collaboratif. Avec un maximum de 40 micromètres, de nombreuses plaquettes de silicium sont donc plus fines qu’un cheveu. Cependant, elles ont un diamètre de 150 à 300 millimètres atteignant la taille d’une pizza. C’est un matériau extrêmement fragile que l’on ne veut ni ne peut tenir en main. Jusqu’à 1200 étapes de processus doivent être effectuées pour transformer en puces ces plaquettes de silicium sensibles dont la valeur par cassette peut être équivalente à celle d’un véhicule de classe moyenne. Lors de chaque étape, les plaquettes sont transportées à une autre station d’usinage automatisée. Voilà qui fera l'affaire d’un robot tel que le LBR iiwa CR. Sur le site d’Infineon, à Villach, en Autriche, des semi-conducteurs de puissance sont produits. Ceux-ci sont utilisés dans les voitures, les smartphones, les réfrigérateurs ou les batteries de serveurs et les unités d’entraînement de locomotives, par exemple.

Une cassette de ces plaquettes de silicium fragiles peut avoir une valeur équivalente à celle d’un véhicule de classe moyenne.

La fabrication a lieu dans des conditions plus stériles que dans une salle d’opération

Dans le hall 17 de l’usine de Villach, Infineon produit des puces dans un environnement de salle blanche de catégorie 1. En ce qui concerne les critères imposés à la fabrication, cela signifie qu’il ne doit pas y avoir plus d’une particule de poussière dans 28 litres d’air. Cela est nettement moins que ce qui est autorisé dans une salle d’opération. À titre comparatif : l’air de montagne, considéré comme particulièrement pur, contient environ 100 000 particules dans un tel volume. Pour les employés, cela signifie qu’ils n’ont accès à la fabrication qu’en portant des vêtements de protection intégraux spéciaux d’un blanc éclatant en passant par un sas spécial. La peau et les cheveux doivent être entièrement recouverts de façon à ce que qu’aucune pellicule ne puisse s’échapper. Les portables et autres appareils techniques doivent être soumis auparavant à un nettoyage minutieux.
Chez Infineon, à Villach, 17 robots de salle blanche de TYPE LBR iiwa CR sont utilisés.

Les robots de salle blanche garantissent une collaboration sans danger lors de la manipulation de plaquettes

« Vu les conditions de production extrêmement sensibles, nous devons bien réfléchir avant de décider quelle technique de transport utiliser ici », explique Martin Moser, chef d’équipe de l’automatisation du secteur AMHS (Automated Material Handling System) chez Infineon Technologies Austria à Villach. « Diverses unités mobiles et des personnes étant toujours en mouvement dans la production de plaquettes, seuls des robots extrêmement compacts, sensitifs et conçus pour la collaboration homme-machine sûre entrent en ligne de compte pour l’automatisation. Le tout sans clôture de protection.
Le LBR iiwa CR sensitif n'a pas besoin de grille de protection lors de la manipulation de plaquettes.

Main dans la main avec les intégrateurs partenaires, jusqu’à la solution

« C’est en cherchant une telle solution que les Cobots KUKA ont attiré notre attention », raconte l’ingénieur développement. Adapter ces robots aux exigences très spécifiques de la manipulation de plaquettes en salle blanche, conformément à ISO3, a été un processus d’apprentissage très intensif lors duquel les experts en automatisation d’Infineon ont travaillé main dans la main avec leurs intégrateurs partenaires. Outre KUKA, il s’agissait avant tout d’experts de la société Mechatronic Systemtechnik GmbH pour l’assemblage, le câblage et la mise en place dans la production ainsi que de programmeurs de la société Micado Automation GmbH pour la commande de l’installation. 

« Pour nous, à l’époque, il n’y avait pas de modèles pour le robot dans la fabrication de plaquettes. Ensemble, nous avons adaptés les systèmes avec précision à nos besoins. C’était un vrai travail de pionnier, pour nous, comme pour KUKA »; raconte M. Moser. Il s’agissait, entre autres, de rendre les robots légers aptes à la salle blanche. Pour les robots KUKA aussi, c’était encore un « terrain inconnu ». « La collaboration constructive, orientée vers les solutions de toutes les parties concernées a contribué de façon décisive au fait que nous disposions à présent d’une solution de transport idéale pour la production automatisée de puces », déclare M. Moser.
Lisa Ebner a accompagné l’intégration des robots de salle blanche dans le processus de production automatisé depuis le début.

Portée parfaite pour le travail au millimètre près lors de la manipulation de plaquettes

Aujourd’hui, 17 robots LBR iiwa CR accomplissent leur tâche, 24 heures sur 24, 365 jours par an. M. Moser décrit les avantages des robots de salle blanche :« Ils sont extrêmement compacts, mobiles, peuvent maîtriser une charge de 14 kilogrammes et effectuent leur travail sans vibrations au millimètre près avec leur préhenseur, même dans des espaces restreints ». Leur septième axe supplémentaire en particulier, doté d’une portée adéquate, permet d’effectuer des mouvements délicats et contournant les angles n’étant pas possibles avec des robots à 6 axes « conventionnels ».
Le robot KUKA dépose les plaquettes de silicium dans la chambre d’usinage avec une précision au millimètre près.

La perfection du travail de grande précision est extrêmement élevée 

Les robots de salle blanche transportent donc, en ronronnant doucement, des cassettes noies pleines de plaquettes de silicium de grande valeur jusqu’aux différentes étapes d’usinage. Ils les insèrent dans les chambres d’usinage correspondantes, avec une précision au millimètre près, puis vont à nouveau les chercher. « Dès le départ, nous voulions une solution sur mesure pour notre site de production à Villach. Une autre solution était hors de question. », explique Martin Moser. « C’est pourquoi nous nous sommes chargés nous-mêmes de l’intégration des systèmes. Ce faisant, le dialogue direct avec les développeurs KUKA était très important à nos yeux, en particulier en ce qui concerne la mise en place de l’ensemble du système et la façon avec laquelle « l’apprentissage » de celui-ci se poursuivra ensuite. » 
Les robots de salle blanche transportent des cassettes noires remplies de plaquettes de silicium aux diverses étapes d’usinage.

Bon équilibre entre ce qui est faisable et ce qui est nécessaire pour la production des microchips

Dans l’équipe de Martin Moser, Lisa Ebner a accompagné l’intégration des robots dans le processus de production automatisé des plaquettes de silicium depuis le début. Lisa Ebner est une vraie fan des robots de salle blanche : « Quand j’ai vu le LBR iiwa CR pour la première fois, j’ai été immédiatement fascinée. J’aurais pu regarder les mouvements souples et harmonieux du robot pendant des heures. » L’experte en automatisation circule en permanence dans les couloirs de la production, contrôle les systèmes au poste de commande et cherche des possibilités supplémentaires de perfectionnement de la production. « Lors de l’optimisation, nous devons trouver le bon équilibre entre ce qui est possible du point de vue technique et physique et ce qui est sensé pour nos objectifs de production. Nous devons toujours trouver la bonne mesure pour une production rentable. »
Afin de bénéficier d’une production rentable, Infineon doit toujours trouver la bonne mesure entre ce qui est possible et ce qui est sensé.

Progrès d’apprentissage pour l’avenir de la fabrication de semi-conducteurs

« Tout ce que nous apprenons maintenant nous fait avancer. Vers le niveau suivant de l’automatisation dans le secteur de la fabrication de semi-conducteurs », déclare Bernd Steiner, responsable de la production chez Infineon Austria à Villach. L’entreprise investit 1,6 milliards d’euros dans son site de Villach. Des semi-conducteurs de puissance doivent y être produits fin 2021. « Notre objectif est d’orienter la performance exactement à l’endroit où elle est nécessitée dans la Smart Factory », explique M. Steiner. 

Pour les puces à économie d’énergie de demain, telles qu’on les retrouvera dans un grand nombre d’utilisations quotidiennes : smartphones, appareils électro-ménagers, voitures, mais aussi serveurs de données, appareils de technique médicale, installations solaires et industrielles. Afin que notre vie soit plus simple, plus sûre et plus écologique.

Bernd Steiner, responsable de la production chez Infineon Austria à Villach 

E-book : nouvelle ère d’automatisation avec la robotique KUKA pour salle blanche

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